Site Loader

Содержание

чему равно электрическое сопротивление участка цепи постоянного тока если сила тока в цепи

Куда направлена сила, действующая на проводник с током , помещённый в магнитное поле?

Помогите пожалуйста Если можно то на листочку Это очень срочно

Необходимо найти ток в проводнике с напряжением 16 В на концах проводника и сопротивлением 2 Ом.

Из-за какого физического явления опасно прыгать на ходу с движущегося транспорта? сопротивления тяготение инерция трение

Для экспериментального изучения закона Ома для участка цепи были проведены измерения силы постоянного тока I, текущего по двум различным участкам цепи … , и напряжения U на этих участках. По результатам измерений были построены графики зависимостей I(U). Выберите два верных утверждения на основании анализа представленных графиков. В первом случае сопротивление участка цепи равно 1 Ом. Во втором случае сопротивление участка цепи равно 0,5 Ом. На участке цепи, сопротивление которого больше, сила тока при увеличении напряжения возрастает медленнее. На обоих графиках зависимость силы тока от напряжения имеет одинаковый наклон. На участке цепи, сопротивление которого больше, сила тока при увеличении напряжения возрастает быстрее.

для ионизации атома азота необходима энергия 14,53эв найдите частоту излученитя которое вызовет ионизацию

Почему на гидроэлектростанциях применяются генераторы с роторами имеющими большое число пар полюсов?​

допустимая масса груза автомобильного прицепа 0,5 т максимальное количество сосновых досок размерами 5 см*20 см*2м которое можно перенести без превыше … ния грузоподъемности равно плотность 400

Вращающуюся часть генератора называют ротором, а неподвижную — статором. Объясните, почему в больших промышленных генераторах переменного токаротором … является не обмотка, в которой индуцируется ЭДС, а электромагнит.​

Когда источник колебаний качнул соседние частицы окружающей среды из-за их взаимодействия, колебания передаются все более и более новым частицам.

В св … оей среде …

Закон Ома для участка цепи

В курсе физики основной школы вы уже познакомились с определением электрического тока и основными действиями тока. Напомним, что электрическим тоном называют направленное движение электрически» зарядов.

За направление электрического тока условно принимают направление движения положительно заряженных частиц. В металлах носителями заряда являются отрицательно заряженные электроны, и направление движения электронов противоположно направлению тока. На рисунке 57.1 электроны схематически изображены зелеными отрицательно заряженными шариками, которые движутся вправо, а направление тока отмечено синей стрелкой.

Отношение заряда q, который переносится через поперечное сечение проводника за промежуток времени t, к этому промежутку времени называют силой тока:

I = q/t.     (1)

(Это не совсем удачное название, поскольку сила тока – вовсе не «сила» в ее механическом понимании; однако это название настолько прижилось в науке и технике, что его пока не решаются изменить. )

Единицей силы тока является 1 ампер (обозначают А). Эта единица названа в честь французского ученого А. М. Ампера. (Определение ампера будет приведено в курсе физики 11-го класса. ) Если сила тока в проводнике равна 1 А, то через поперечное сечение проводника ежесекундно проходит заряд, равный 1 Кл. Сила тока в 1 А – обычна в электротехнике: например, сила тока в электрическом чайнике равна примерно 10 А.

Какова скорость направленного движения электронов? Когда замыкают электрическую цепь, электрический ток возникает практически сразу во всей цепи: свободные заряды в проводах приводятся в движение электрическим полем, распространяющимся вдоль проводов со скоростью света.

Скорость же направленного движения электронов очень мала. Расчеты показывают, что при силе тока 1 А в медном проводе сечением 1 мм2 средняя скорость направленного движения электронов составляет около 0,1 мм/с. Это меньше скорости улитки!

Подчеркнем, однако, что так мала скорость именно направленного движения электронов. Скорость же хаотического движения электронов в металле составляет десятки тысяч километров в секунду.

Действие электрического тока

Тепловое действие тока проявляется в том, что проводник, о которому идет ток, нагревается.

Химическое действие тока проявляется в том, что вследствие прохождения тока могут происходить химические реакции.

Магнитное действие тока проявляется в том, что проводники с токами взаимодействуют друг с другом. Особенностью магнитного действия тока является то, что оно присутствует всегда (химическое действие тока отсутствует при прохождении тока через металлы, а тепловое – при прохождении ока через сверхпроводники). Поэтому именно магнитное действие тока обычно используют для измерения силы тока.

2. Закон Ома для участка цепи

В начале 19-го века немецкий физик Георг Ом установил на опыте, что при постоянной температуре отношение напряжения на концах металлического проводника к силе тока в нем постоянно. Это отношение называют сопротивлением проводника и обозначают R:

R = U/I.


Это соотношение, записанное в виде

I = U/R,     (2)

называют законом Ома для участка цепи.

В дальнейшем было установлено, что закон Ома с хорошей точностью выполняется не только для металлических проводников, но и для электролитов.
Единицей сопротивления является 1 ом (обозначается Ом). 1 Ом – это сопротивление такого проводника, сила тока в котором равна 1 А при напряжении на его концах 1 В.

Чем больше сопротивление проводника, тем меньше сила ока в нем при том же напряжении на концах проводника.

? 1. На рисунке 57.2 изображены графики зависимости силы тока от напряжения для двух проводников.

а) У какого проводника сопротивление больше?
б) Чему равно сопротивление каждого проводника?

Зависимость силы тока в проводнике от напряжения на его концах называют вольтамперной характеристикой проводника.

Удельное сопротивление

Опыты показывают, что сопротивление R провода прямо пропорционально его длине l и обратно пропорционально площади поперечного сечения S:

R = ρ(l/S).     (3)

Коэффициент пропорциональности ρ в этой формуле зависит от вещества, из которого изготовлен провод. Его называют удельным сопротивлением вещества.

Наименьшее удельное сопротивление у серебра: оно составляет 1,6 * 10-8 Ом * м. Чуть больше удельное сопротивление меди (1,7 * 10-8 Ом * м), но зато медь намного дешевле серебра и поэтому ее широко используют для изготовления соединительных проводов. С этой же целью часто используют и алюминий: хотя его удельное сопротивление (2,8 * 10-8 Ом * м) примерно в полтора раза больше, чем у меди, зато он намного дешевле.

? 2. Длина медного провода 10 м, а его масса равна 89 г. Плотность меди 8,9 * 103 кг/м3.
а) Чему равна площадь поперечного сечения провода?
б) Чему равно сопротивление провода?

Из сплавов с большим удельным сопротивлением изготовляют термоэлектрические нагреватели (ТЭНы).

3. Природа электрического сопротивления. Зависимость сопротивления от температуры

Электролиты. Свободными зарядами в электролитах являются положительные и отрицательные ионы. При повышении температуры увеличивается доля молекул, распавшихся а ионы, и поэтому увеличивается число ионов – носителей заряда. Поэтому сопротивление электролитов при повышении температуры уменьшается.

Металлы

. Поначалу ученые считали, что электрическое сопротивление металлов обусловлено столкновениями свободных электронов с ионами кристаллической решетки. Однако расчет удельного сопротивления металлов, выполненный в этом предположении, очень сильно противоречил опыту: измеренное на опыте сопротивление было в тысячи раз меньше расчетного.

Природу электрического сопротивления металлов ученые могли понять в 20-м веке на основе квантовой теории. Исследования показали, что свободные электроны движутся сквозь кристаллическую решетку почти без столкновений, как бы плавно обтекая ионы в ее узлах. Такое поведение электронов больше напоминает движение волн, чем движение частиц. Волновыми свойствами электронов объясняется и строение атома. Подробнее мы расскажем об атом в курсе физики 11-го класса.

Если бы кристаллическая решетка была идеально периодической, то электронная волна проходила бы сквозь кристалл, не отклоняясь от своего направления. А в таком случае электрическое сопротивление металла должно было бы равняться нулю. (И действительно, на опыте обнаружено, что сопротивление некоторых металлов и сплавов при достаточно низкой температуре становится равным нулю. Это явление назвали сверхпроводимостью.)

Однако на самом деле кристаллическая решетка не является идеально периодической. Периодичность нарушают примеси и дефекты решетки, а также отклонения ионов от своих равновесных положений вследствие тепловых колебаний. Именно из-за нарушений регулярности решетки электронная волна рассеивается. Это и является причиной электрического сопротивления металлов.

При нагревании усиливаются тепловые колебания ионов, то увеличивает отклонение кристаллической решетки от идеальной периодичности. Это объясняет, почему удельное сопротивление металлов при нагревании быстро увеличивается.

Например, сопротивление нити накала электрической лампы накаливания в рабочем состоянии примерно в 10 раз больше, ем при комнатной температуре.

Удельное сопротивление чистых металлов прямо пропорционально абсолютной температуре.

? 3. На рисунке 57.3 изображены вольтамперные характеристики металлического провода и электролита. При увеличении напряжения температура проводников увеличивается. Каким цветом обозначена вольтамперная характеристика металлического провода, а каким – электролита?

4. Последовательное и параллельное соединение проводников

С этими типами соединения пров из курса физики основной школы.

Последовательное соединение

На схеме (рис. 57.4) показано последовательное соединение двух проводников.

Найдем общее сопротивление двух последовательно соединенных проводников сопротивлением R1 и R2. По определению общее сопротивление проводников R = U/I, где U – напряжение между точками a и b, а I — сила тока, одинаковая для обоих проводников:

I = I1 = I2.     (4)

Напряжение между точками a и b равно сумме напряжений на каждом из проводников:

U = U1 + U2.     (5)

(Это следует из тою, что работа электростатического поля по перемещению заряда по двум последовательно соединенным проводникам на сумме работ по перемещению заряда по каждому проводнику.)

? 4. Объясните, почему из формул (4) и (5) следует, что сопротивление двух последовательно соединенных проводников выражается формулой

R = R1 + R2.     (6)

? 5. На рисунке 57.5 изображена схема последовательного соединения и проводников.


Докажите, что общее сопротивление n последовательно соединенных проводников выражается формулой

R = R1 + R2 + … + Rn.

? 6. Объясните, почему при последовательном соединении проводников общее сопротивление цепи больше сопротивления любого из проводников.

? 7. Чему равно сопротивление и одинаковых последовательно соединенных проводников сопротивлением r каждый?

? 8. Объясните, почему отношение направлений на двух последовательно соединенных проводниках равно отношению сопротивлений этих проводников:

U1/U2 = R1/R2.     (7)
Подсказка. Воспользуйтесь законом Ома для участка цепи н тем, что при последовательном соединении проводников сила тока в них одинакова.

? 9. Сопротивление двух последовательно соединенных проводников в 5 раз больше сопротивления одного из них. Чему равно отношение сопротивлений проводников?

? 10. Напряжение на концах участка цепи, состоящего из двух последовательно соединенных проводников, равно 12 В. При этом напряжение на первом проводнике равно 4 В, а сила тока во втором проводнике равна 2 А.
а) Чему равно напряжение на втором проводнике?
б) Чему равны сопротивления проводников?

Параллельное соединение

На схеме (рис. 57.6) показано параллельное соединение двух проводников.

Найдем общее сопротивление двух параллельно соединенных проводников сопротивлениями R1 и R2.

По определению общее сопротивление проводников R = U/I, где U – напряжение между точками a и b, а I – суммарная сила тока во всем участке цепи, состоящем из этих проводников. В данном случае она равна сумме сил токов в проводниках:

I = I1 + I2.     (8)

Напряжение на концах параллельно соединенных проводников одинаково, потому что их концы совпадают:

U = U1 = U2.     (9)

? 11. Объясните, почему из формул (8) и (9) следует, что сопротивление двух последовательно соединенных проводников связано с их сопротивлениями соотношениями

1/R = 1/R1 + 1/R2,     (10)
R = (R1R2)/(R1 + R2).     (11)

Подсказка. Для доказательства формулы (10) воспользуйтесь формулой R = U/I, а также формулами (8) и (9). Формула (11) следует из формулы (10).

? 12. Сопротивление двух параллельно соединенных проводников в 6 раз меньше сопротивления одного из них. Чему равно отношение сопротивлений проводников?

? 13. На рисунке 57.7 изображена схема параллельного соединения n проводников. Докажите, что общее сопротивление этих проводников связано с их сопротивлениями соотношением

1/R = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn.


? 14. Объясните, почему при параллельном соединении проводников общее сопротивление цепи меньше сопротивления любого из проводников.

? 15. Чему равно сопротивление и одинаковых параллельно соединенных проводников сопротивлением r каждый?

? 16. Объясните, почему отношение сил тока в двух параллельно соединенных проводниках обратно отношению сопротивлений этих проводников:

I1/I2 = R2/R1.     (12)

Подсказка. Воспользуйтесь законом Ома для участка цепи тем, что при параллельном соединении проводников напряжение на них одинаково.

? 17. Сила тока в участке цепи, состоящем из двух параллельно соединенных проводников, равна 3 А. При этом сила тока в первом проводнике равна 1 А, а напряжение на втором проводнике равно 6 В.
а) Чему равна сила тока во втором проводнике?
б) Чему равны сопротивления проводников?

? 18. Если два проводника соединить последовательно, то напряжения на их концах оказываются одинаковыми. Будут ли одинаковыми значения силы тока в этих проводниках, если их соединить параллельно? Поясните ваш ответ.

? 19. При параллельном соединении двух проводников сила тока в первом проводнике равна 2 А, а во втором проводнике – 6 А. Чему равно напряжение на первом проводнике при их последовательном соединении, если напряжение на втором проводнике равно 12 В?

5. Измерение силы тока и напряжения

Из курса физики основной школы вы уже знаете, что силу тока измеряют амперметром, а напряжение — вольтметром.

? 20. Объясните, почему для измерения силы тока в проводнике амперметр надо подключать к этому проводнику последовательно (рис. 57.8).


? 21. Объясните, почему для измерения напряжения на концах проводника вольтметр надо подключать к этому проводнику параллельно (рис. 57.9).

Для повышения точности измерительный прибор не должен заметно изменять значение измеряемой физической величины.

? 22. Исходя из этого, объясните, почему сопротивление амперметра должно быть малым по сравнению с сопротивлением проводника, в котором измеряют силу тока, а сопротивление вольтметра – большим по сравнению с сопротивлением проводника, на котором измеряют напряжение.

Амперметр называют идеальным, если его сопротивлении можно пренебречь, а вольтметр называют идеальным, если его сопротивление можно считать бесконечно большим.

Дополнительные вопросы и задания

23. В вашем распоряжении четыре резистора сопротивлением 1 Ом каждый. Какие значения сопротивления можно получить, используя эти резисторы? Не обязательно использовать все резисторы. Сделайте пояснительные чертежи.

24. Провод сопротивлением R разрезали на пять равных частей и сделали из них один многожильный провод. Чему равно его сопротивление?

25. Из проволоки сопротивлением R сделано кольцо. Чему будет равно сопротивление, если подключать к кольцу провода, как указано на рисунках 57.10, а, б, в?

26. Два медных провода одинаковой длины l соединены последовательно и подключены к источнику постоянного напряжения. Диаметр первого провода в 3 раза больше диаметра второго провода.
а) Сопротивление какого провода больше? Во сколько раз больше?
б) На концах какого провода напряжение больше? Во сколько раз больше?
в) В каком проводе напряженность электрического поля больше? Во сколько раз больше?
г) Какими были бы ответы на вопросы а – в, если бы длина первого провода была в 3 раза больше длины второго?

27. Металлическая проволока массой m имеет сопротивление R. Плотность металла d, удельное сопротивление ρ.
а) Напишите формулу, выражающую массу провода через d, площадь поперечного сечения S и длину l.
б) Напишите формулу, выражающую R через ρ, l, S.
в) Выразите l и S через m, R, ρ.

Электрическая цепь и электрическое сопротивление

Электрической цепью называется путь, по которому проходит электрический ток. Чтобы по электрической цепи проходил ток, она должна быть замкнутой. Простейшая электрическая цепь состоит из трех основных частей: источника электрического тока, приемника (потребителя) электрического тока и системы соединительных проводов с вспомогательными приборами (включатели и переключатели тока, измерительные приборы и т. п.).

В качестве источников электрического тока могут служить: механические — электрические генераторы, в которых механи¬ческая энергия преобразуется в электрическую; химические— гальванические элементы и аккумуляторы, в которых химическая энергия преобразуется в электрическую; тепловые — термоэлементы, преобразующие тепловую энергию в электрическую; лучевые — фотоэлементы, преобразующие световую энергию в электрическую.

Приемниками электрического тока могут служить электродвигатели, электролампы, электронагревательные приборы и т. п. Часть электрической цепи, состоящая из приемников электрической энергии и соединительных проводов, называется внешней цепью. Токопроводящие пути самого источника электрической энергии называются внутренней цепью.

Если оборвать электрическую цепь на каком-либо участке, то ток по всей цепи прекращается. Замыкание и размыкание цепи осуществляется выключателем или рубильником.

Для измерения величин, характеризующих электрический ток, в цепь могут быть включены измерительные приборы.

Все вещества обладают различной способностью оказывать сопротивление прохождению электрического тока. Эта способность веществ оказывать сопротивление прохождению электрического тока называется электрическим сопротивлением.

Величина сопротивления измеряется в омах и обозначается буквой R или r. За 1 ом принято сопротивление ртутного столба длиной 106,3 см и поперечным сечением 1 мм2 при 0°С.

В практике применяются также единицы электрического сопротивления килоом (1 ком=1000 ом) и мегом (1 Мом=1 000 000 ом).

Величина сопротивления зависит от длины, поперечного сечения и материала, из которого изготовлен проводник. Эта зависимость выражается следующей формулой:

где R — сопротивление проводника, ом;

р — удельное сопротивление материала проводника, ом • мм2/м;

I — длина проводника, м;

S — поперечное сечение проводника, мм2.

Как видно из формулы, чем длиннее проводник и меньше его поперечное сечение, тем больше его сопротивление.

Удельным сопротивлением материала называется сопротивление проводника из данного материала длиной в 1 м и поперечным сечением 1 мм2 при 0°С. Обычно различные проводники сравниваются по этому показателю. Например, серебро, медь, алюминий обладают небольшим сопротивлением, а такие сплавы, как константан (сплав меди, никеля и марганца), нихром (сплав никеля, хрома, железа, марганца), никелин и другие обладают сопротивлением значительно большим.

Помимо размеров и материала, на сопротивление проводника влияет его температура. Так, почти у всех металлических проводников при повышении температуры сопротивление увеличивается. И только вышеперечисленные сплавы: константан, нихром, никелин и другие практически почти не изменяют своего сопротивления при нагревании и способны выдерживать высокие температуры, благодаря чему эти сплавы и получили широкое применение в электротехнике.

Закон ома. Соединение сопротивлений

Зависимость между величинами, характеризующими электрическую цепь, т.е. силой тока, э. д. с. и сопротивлением, устанавливается законом Ома, который формулируется следующим образом:

сила тока в замкнутой неразветвленной цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе и обратно пропорциональна сопротивлению цепи.

Закон Ома выражается формулой:

где I — сила тока, а;
Е — э. д. с. источника электрической энергии, в;
R — сопротивление внешнего участка цепи, ом;
r— сопротивление внутреннего участка цепи, ом.
Эта формула может быть записана и в таком виде:

т. е. электродвижущая сила, создаваемая источником электрической энергии, равна величине тока, умноженной на общее сопротивление цепи, и складывается из двух слагаемых, из которых первое (IR) представляет собой разность потенциалов на зажимах внешнего сопротивления, называется напряжением на зажимах внешней цепи и обозначается через U, а второе слагаемое (Ir) носит название падения напряжения на внутреннем участке цепи.

Для внешней цепи и для отдельных ее участков закон Ома обычно записывается в следующем виде:

т. е. сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению данного участка цепи.

Различные сопротивления в электрическую цепь можно включить последовательно, параллельно и смешанным способом (рис. 159).

Последовательным соединением сопротивлений называют такое соединение, когда конец одного сопротивления соединяют с началом второго, конец второго с началом третьего и т. д., а конец последнего и начало первого сопротивлений подключаются к зажимам источника тока (см. 159, а). Основным свойством последовательного соединения является то, что при таком соединении сила тока во всех сопротивлениях внешней и внутренней цепи одинакова и согласно закону Ома

Общее сопротивление последовательной цепи равно сумме всех соединенных сопротивлений, т. е.

Напряжение на зажимах источника тока при последовательно соединенных сопротивлениях равно произведению величины тока на сопротивление внешнего участка цепи. Обозначив через U1, U2, U3, U4, напряжения на концах каждого сопротивления, получим:

а следовательно,

Напряжение на полюсах источника тока при последовательном соединении сопротивлений равно сумме напряжений на отдельных участках цепи.

Параллельным, соединением сопротивлений называется такое соединение, при котором начала всех сопротивлений соединяются в один общий узел, а концы — в другой. При этом зажимы источника тока включаются к узлам цепи А и В (рис. 159, б).

Если напряжение между точками А и В равно U, то такое же напряжение будет между началом и концом каждого сопротивления. Тогда для каждого участка цепи по закону Ома можно написать:

т. е. при параллельно соединенных сопротивлениях ток будет больше там, где меньше сопротивление.

Основным свойством параллельного соединения является то, что в каждом разветвлении цепи устанавливается своя сила тока, обратно пропорциональная сопротивлению данного участка цепи.

В точке В ток разветвляется в нескольких направлениях (на несколько ветвей), а в сумме он равен I. Поэтому при параллельном соединении нескольких сопротивлений ток, подведенный к этим сопротивлениям, равен сумме токов во всех сопротивлениях:

Для определения общего сопротивления параллельной цепи пользуются следующим соотношением: общая проводимость (обратная величина сопротивлению) параллельной цепи равна сумме проводимостей отдельных разветвлений цепи, т. е.

Если в электрической цепи часть сопротивлений включена последовательно, а часть параллельно, то такое соединение называется смешанным. На рис. 159, в сопротивления R 1и R2 соединены последовательно, a R3 и R4 — параллельно.

Похожие статьи

Урок 29. закон ома для участка цепи. соединения проводников — Физика — 10 класс

Физика, 10 класс

Урок 29. Закон Ома для участка цепи. Соединения проводников

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

  1. условия, необходимые для существования электрического тока;
  2. постоянный электрический ток;
  3. закон Ома для участка цепи;
  4. формула расчета сопротивления проводника с учетом свойств материала проводника и его геометрических размеров;
  5. типы соединений проводников и формулы расчета параметров электрической цепи для каждого типа.

Глоссарий по теме.

Сила тока I — скалярная величина, равная отношению заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени t, в течение которого шёл ток.

Постоянный ток — электрический ток, не изменяющийся со временем.

Последовательное соединение проводников. При последовательном соединении электрическая цепь не имеет разветвлений. Все проводники включают в цепь поочередно друг за другом.

Параллельное соединение проводников. При параллельном соединении концы проводников присоединены к одной и той же паре точек.

Смешанное соединение проводниковэто такое соединение, когда в цепи присутствует и последовательное, и параллельное соединение.

Узел – это точка электрической цепи, где сходится не менее трех ветвей.

Свойство проводника ограничивать силу тока в цепи, то есть противодействовать электрическому току, называют электрическим сопротивлением проводника.

Резистор или проводник элемент электрических цепей, обладающий определённым или переменным значением электрического сопротивления.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 335 – 340.

2. Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. — М.: Дрофа, 2009. – С. 105 – 109.

3. Элементарный учебник физики. Учебное пособие в 3 томах под редакцией академика Ландсберга Г.С.: Т.2. Электричество и магнетизм. – 12-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. С. 110 – 115.

4. Тульчинский М.Е. Качественные задачи по физике в средней школе. Пособие для учителей. Изд. 4-е, переработ. и доп. М. «Просвещение», 1972. С. 83 – 87.

5. Савельев И.В. Курс общей физики, том II. Электричество. М.: Изд. «Наука», 1970 г. С. 108.

Открытые электронные ресурсы:

http://kvant.mccme.ru/1979/02/elektrichestvo_ie_temperatura.htm

Теоретический материал для дополнительного изучения

Сложно представить нашу жизнь без электрического тока. Каждый день, не задумываясь, мы используем различные электрические приборы, в основе работы которых лежат простые и сложные электрические цепи. Какому закону подчиняются основные параметры электрических цепей? Как рассчитать эти цепи, чтобы приборы работали исправно?

Вы уже знаете, электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.

Для возникновения и существования электрического тока в проводнике необходимо:

  1. наличие свободных заряженных частиц;
  2. сила, действующая на них в определённом направлении, то есть наличие электрического поля в проводнике.

Различают следующие действия электрического тока:

  1. тепловое ;
  2. химическое ;
  3. магнитное .

Постоянный ток — электрический ток, у которого сила тока и направление не изменяются со временем.

Сила тока I равна отношению электрического заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения t:

За направление электрического тока условно выбрано направление движения положительно заряженных частиц, то есть в сторону, противоположную направлению движения электронов.

Для каждого проводника – твердого, жидкого и газообразного – существует определённая зависимость силы тока от приложенной разности потенциалов (напряжения) на концах проводника. Эту зависимость выражает, так называемая, вольт-амперная характеристика проводника.

Для широкого класса проводников (в т. ч. металлов ) при неизменной температуре справедлив закон Ома для участка цепи:

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка цепи:

Закон имеет простую форму, но доказать экспериментально его справедливость довольно трудно.

Закон Ома является основой всей электротехники постоянных токов. Из закона Ома вытекает, что замыкать обычную осветительную сеть проводником малого сопротивления опасно.

Основная электрическая характеристика проводника – сопротивление. От этой величины зависит сила тока в проводнике при заданном напряжении. Причиной электрического сопротивления является взаимодействие электронов при их движении по проводнику с ионами кристаллической решетки. Сопротивление проводника зависит от свойств материала проводника и его геометрических размеров.

Электрическое сопротивление металлов прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально площади его поперечного сечения:

где величина ρ – удельное сопротивление проводника — величина, зависящая от рода вещества и его состояния (от температуры в первую очередь). Удельное сопротивление веществ приводятся в справочных таблицах.

Омметр – прибор для измерения сопротивления.

От источника тока энергия может быть передана по проводам к устройствам, потребляющим энергию. Для этого составляют электрические цепи различной сложности. Различают последовательное, параллельное, смешанное соединения проводников.

Последовательное соединение проводников. При последовательном соединении электрическая цепь не имеет разветвлений. Все проводники включают в цепь поочередно друг за другом. Главная особенность последовательного соединения заключается в том, что через все проводники протекает одинаковый ток. Если через один проводник протекает ток определенной величины, то такой же ток протекает и через все остальные. Если хотя бы в одном проводнике отсутствует ток, то он обязательно отсутствует и во всех остальных. Напряжение на концах последовательно соединенных проводников складывается. Полное сопротивление всего участка цепи при последовательном соединении равно сумме сопротивлений всех проводников.

Последовательное соединение

Физическая величина

Формула

Сила тока

I = I1 = I2

Напряжение

U = U1 + U2

Сопротивление

R = R1 + R2

Параллельное соединение проводников. При параллельном соединении концы проводников присоединены к одной и той же паре точек.

Параллельное соединение

Физическая величина

Формула

Сила тока

I = I1 + I2

Напряжение

U = U1 = U2

Сопротивление

Узел – это точка электрической цепи, где сходится не менее трех ветвей.

Узел обозначается на схеме жирной точкой в том месте, где ветви соединяются между собой.

Смешанное соединение проводников.

Смешанным соединением проводников называют такое соединение, при котором в цепи присутствует и последовательное, и параллельное соединение.

Метод эквивалентных преобразований заключается в том, что электрическую цепь или ее часть заменяют более простой по структуре электрической цепью. При этом токи и напряжения в непреобразованной части цепи должны оставаться неизменными, т.е. такими, какими они были до преобразования. В результате преобразований расчет цепи упрощается и часто сводится к элементарным арифметическим операциям.

Расчет сопротивления сложной цепи:

Рези́стор или проводник — пассивный элемент электрических цепей, обладающий определённым или переменным значением электрического сопротивления.

Примеры и разбор решения заданий

1. Выберите один из 3 вариантов ответа:

При параллельном соединении проводников…

1) напряжение зависит от сопротивления на данном участке цепи

2) напряжение везде разное

3) напряжение везде одинаковое

Ответ: 3) напряжение везде одинаковое.

2. На участке цепи, изображенном на рисунке, сопротивление каждого из резисторов равно 24 Ом. Чему равно полное сопротивление участка при замкнутом ключе К?

Решение.

После замыкания ключа схема будет представлять собой параллельное соединение резистора с двумя последовательно соединенными резисторами.

Полное сопротивление участка при замкнутом ключе равно

(R+R)R/((R+R) + R) = 2R/3 = 16 Ом.

Ответ: 16 Ом.

Обучающие задания


1(А) Какие действия электрического тока наблюдаются при пропускании тока через металлический проводник?

1) Нагревание, химическое и магнитное действия.

2) Химическое и магнитное действия, нагревания нет.

3) Нагревание и магнитное действие, химического действия нет.

4) Нагревание и химическое действия, магнитного действия нет.

2(А) Какое минимальное по абсолютному значению количество электричества может быть перенесено электрическим током через раствор электролита?

1) е = 1,6·10-19 Кл.

2) 2е = 3,2·10-19 Кл.

3) Любое сколь угодно малое.

4) Минимальное количество зависит от времени пропускания тока.

3(А) Чему равно электрическое сопротивление участка цепи постоянного тока, если сила тока в цепи равна 4 А, а напряжение на участке цепи равно 2 В?

1) 2 Ом 2) 0,5 Ом 3) 8 Ом 4) 1 Ом

Указание: применить закон Ома для участка цепи.

4(А) Чему равно общее сопротивление электрической цепи 4 Ом

1) 0,5Ом 3) 4 Ом

2) 2 Ом 4) 8 Ом 4 Ом

Указание: применить формулу для нахождения сопротивления для последовательного соединения.

5(А) По проводнику за 2 с заряд 2 Кл, переносимый положительными носителями, прошел вправо, а отрицательный заряд 3 Кл – влево. Чему равна сила тока в проводнике?

1) 0,5 А, течет влево

2) 2,5 А, течет вправо

3) 0,5 А, течет вправо

4) 2,5 А, течет влево

Указание: применить формулу силы тока и учесть, что за направление тока принимают направление движения положительных зарядов.

6(А) По проводнику сопротивлением 5 Ом

течет ток 12 А. Каково напряжение между концами проводника?

1) 0,42 В 3) 0,017 В

2) 42,4 В 4) 60 В

Указание: применить закон Ома для участка цепи.

7(А) Источник имеет = 6 В, внутреннее сопротивление r = 1 Ом, R 1 = 1 Ом, R2=R3 = 2 Ом. Какой силы ток течет через источник?

1) 1А 3) 4А

2) 2А 4) 1,63 А

Указание: применить закон Ома для полной цепи.

8(А) Сопротивления резисторов R1=2 Ом, R2 = 2Ом, R3 =1Ом. Через резистор R1 течет ток силой 3А. Какая суммарная мощность выделяется на резисторах R2, R3

1) 6 Вт 3) 2 Вт

2) 18 Вт 4) 4 Вт

Указание: найти общее сопротивление цепи, учитывая, что R2 и R3 соединены параллельно, а R1 к ним последовательно. Затем по формуле рассчитать мощность.

9(А) Через резистор сопротивлением 2 Ом течет ток постоянной силы, причем за время 4 с перенесен заряд 8 Кл. Какое тепло за это время выделилось на резисторе?

1) 32 Дж 2) 8 Дж 3) 16 Дж 4) 24 Дж

Указание: применить закон Джоуля – Ленца.

10(А) Чему равна работа тока на участке за 2 с, если сила тока в цепи равна 3 А, а напряжение на участке цепи 6 В.

1) 1 Дж 2) 4 Дж 3) 9 Дж 4) 36 Дж

Указание: применить формулу работы электрического тока.

11(А) Как изменится количество теплоты, выделяемое за единицу времени в проводнике с постоянным электрическим сопротивлением, при увеличении силы тока в цепи в 4 раза?

1) Уменьшится в 4 раза

2) Увеличится в 2 раза

3) Увеличится в 4 раза

4) Увеличится в 16 раз

Указание: применить закон Джоуля – Ленца и сравнить количество выделившейся теплоты. 12(А) Четыре одинаковых резистора по 12Ом каждый соединены, как указано на схеме. Чему равно общее сопротивление цепи?

1) 48 Ом 3) 12 Ом

2) 30 Ом 4) 3 Ом

13(А) Два проводника одинаковой длины изготовлены из одного материала. Какое из приведенных ниже соотношений для электрических сопротивлений первого и

второго проводников справедливо, если площадь поперечного сечения первого проводника в 4 раза больше второго?

1) R1 = R2 2) R1 = 4R2 3) R2 = 4R

4) Среди ответов нет правильного.

14(А) Какими носителями электрического заряда создается электрический ток в металлах?

1) Электронами и положительными ионами.

2) Положительными и отрицательными ионами.

3) Положительными, отрицательными ионами и электронами.

4) Только электронами.

15(В) Чему равно общее сопротивление электрической цепи, если сопротивление каждого из резистора r?

Указание: т.к. ветви электрической цепи симметричны, то ток через вертикальный резистор не течёт. Рисуем эквивалентную цепь.

Сначала находим сопротивление

каждой параллельной ветки (в

них сопротивления, соединены последовательно), а затем находим общее сопротивление цепи.

16(В) Элемент с внутренним сопротивлением 4 Ом и ЭДС 12 В замкнут проводником с сопротивлением 8 Ом. Какое количество теплоты будет выделяться во внешней части цепи за 1 с ?

Указание: сначала по закону Ома для полной цепи находим силу тока, а затем по закону Джоуля – Ленца количество выделившейся теплоты.

Ответы к обучающим заданиям.


10А 11А 12А 13А 14А 15В 16В
r 8 Дж

Закон Ома. Электрическое сопротивление. Электрическая проводимость

Рассмотрим участок В — Г замкнутой электрической цепи, содержащей источник э. д. с. (см. рис. 1).

Рис. 1

Пусть потенциал в точке В равен φВ, а в точке Г — φГ. Разность потенциалов между этими точками φВ — φГ равна UВГ — напряжению между ними, а расстояние между точками В и Г равно l. Поле внутри проводника однородное. Напряженность поля внутри проводника:
Чем больше напряженность поля внутри проводника, тем больший ток возникает в проводнике. Естественно, что величина тока I в проводнике пропорциональна напряженности поля и площади поперечного сечения s. Величина тока I может быть подсчитана по формуле:
в которой γ (гамма) — коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств материала проводника.

Так как в однородном поле (для любого участка цепи), то:
Обозначив — l/γs буквой r, получим формулу:
Величина r, равная — l/γs, называется сопротивлением проводника, а величина l/γ — называется удельным сопротивлением материала и обозначается буквой р (ро).

Удельное сопротивление представляет собой сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм2. Наименьшим удельным сопротивлением обладают серебро, медь, платина, золото, алюминий.

Сопротивление проводника, длина которого существенно больше диаметра сечения, может быть подсчитано по формуле:

Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью и обозначается буквой g:
Полученное выражение для тока I = U/r показывает, что величина тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению между его концами и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Это соотношение называется законом Ома.

Формулу I = U/r можно написать в виде U=Ir, откуда следует, что падение напряжения в проводнике равно произведению тока на сопротивление проводника.

Вследствие падения напряжения в соединительных проводах любой электрической цепи напряжение на зажимах потребителя всегда меньше, чем на зажимах источника тока. При длинной соединительной линии, когда сопротивление проводов становится достаточно большим, напряжение на зажимах потребителя может снизиться настолько, что нормальная работа нарушится. Так, например, при чрезмерном падении напряжения на зажимах электрической лампы сила ее света значительно уменьшится.

Из основной формулы закона Ома следует также, что r = U/I, т. е. что сопротивление равно частному от деления напряжения на зажимах участка цепи на ток, протекающий в этом участке.

Единицей сопротивления служит Ом, равный сопротивлению линейного проводника, в котором устанавливается ток в 1 а при напряжении 1 в.

Величина сопротивления любого тела зависит от температуры. С повышением температуры металлических проводников их сопротивление увеличивается.

Это увеличение сопротивления связано с усилением хаотического теплового движения элементарных частиц, затрудняющего направленное движение электронов.

В диэлектриках увеличение температуры приводит к уменьшению сопротивления вследствие увеличения количества свободных зарядов при нагреве.
Зависимость сопротивления проводника от температуры может быть представлена приближенной формулой:

в которой r1 — сопротивление проводника при температуре t1 нагрева;
r0 — сопротивление проводника при начальной температуре tоС;
а (альфа) — температурный коэффициент сопротивления; у всех чистых металлов температурный коэффициент сопротивления приблизительно равен 0,004 1/1оС.
В некоторых приборах и измерительных схемах применяются сплавы, имеющие весьма малые температурные коэффициенты: манганин, константан и др. Температурный коэффициент сопротивления константана равен +0,000003 1/1оС.

Следует отметить, что сопротивление угля и диэлектриков при нагреве уменьшается, т. е. они имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления.

⇓ДОБАВИТЬ В ЗАКЛАДКИ⇓

⇒ВНИМАНИЕ⇐

  • Материал на блоге⇒ Весь материал предоставляется исключительно в ознакомительных целях! При распространении материала используйте пожалуйста ссылку на наш блог!
  • Ошибки⇒ Если вы обнаружили ошибки в статье, то сообщите нам через контакты или в комментариях к статье. Мы будем очень признательны!
  • Файлообменники⇒ Если Вам не удалось скачать материал по причине нерабочих ссылок или отсутствующих файлов на файлообменниках, то сообщите нам через контакты или в комментариях к статье.
  • Правообладателям⇒ Администрация блога отрицательно относится к нарушению авторских прав на www.electroengineer.ru. Поэтому, если Вы являетесь правообладателем исключительных прав на любой материал, предоставленный на ресурсе, то сообщите нам через контакты и мы моментально примем все действия для удаления Вашего материала.

⇓ОБСУДИТЬ СТАТЬЮ⇓

Конспект урока по физике по теме «Параллельное соединение проводников»

Конспект урока по физике по теме

«Параллельное соединение проводников»

8 класс

Цель обучения: формирование умения выводить закономерности параллельного соединения проводников, изображать схему участков электрической цепи с параллельным соединением проводников.

Ход урока

  1. Организационный момент.

  2. Актуализация знаний (проводится в ходе опроса учащихся):

  1. Отличается ли сила электрического тока в отдельных проводниках и на всем участке цепи при последовательном соединении проводников?

  2. Как связано напряжение на всем участке последовательно соединенных проводников с напряжениями на отдельных проводниках?

  3. Как определить электрическое сопротивление участка последовательно соединенных проводников?

  4. Чему равно электрическое сопротивление участка цепи, состоящего из N одинаковых последовательно соединенных проводников?

  5. Как устроен реостат? Для чего он используется?

  1. Проблемный вопрос

Можно ли уменьшить сопротивление в цепи? Если да, как это сделать?

  1. Изучение нового материала

Следует разобрать и проанализировать электрическую цепь.

При параллельном соединении проводников они имеют по две общие точки – точки А и В. Следствием этого является то, что напряжение U между точками А и В есть напряжение на каждом из проводников, т.е.

U1=U2=U3=U

Напряжение на каждом из параллельно соединенных проводников одинаково и равно напряжению на всем участке параллельно соединенных проводников.

Движущийся направленно в цепи электрический заряд не исчезает и не возникает из ничего. Он только делится на части в точке А, с последующим объединением в точке В.

I=I1+I2+I3

Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил тока в ее ветвях (в каждом из параллельно соединенных проводниках).

Общее сопротивление разветвленного участка (участка АВ на рисунке). Учтем, что сила тока I=I1+I2+I3, а напряжение U1=U2=U3=U. Используя закон Ома, получим: , откуда

Величина, обратная сопротивлению участка параллельно соединенных проводников, равна сумме величин, обратных сопротивлению отдельных проводников.

Для любознательных

проводимостью проводника. Такое название логично. Оно подчеркивает, что если проводник имеет большое сопротивление, то у проводника малая проводимость. С учетом этого третью закономерность можно сформулировать так: проводимость разветвленного участка цепи равна сумме проводимостей ветвей.

Из формулы нахождения сопротивления при параллельном соединении проводников следует, что добавление к параллельному участку новых проводников уменьшает сопротивление R участка. Это объясняется тем, что включение параллельно дополнительного проводника не меняет длину участка электрической цепи, но увеличивает площадь поперечного сечения цепи. А сопротивление R= обратно пропорционально площади. Если соединяемые проводники одинаковые (R1=R2=…=RN), то расчет сопротивления участка упрощается: , или R=.

Рассмотрим частный случай.

Параллельное соединение позволяет подключать к источнику и отключать от него независимо друг от друга различные потребители. Именно поэтому параллельно соединены все электроприборы в наших квартирах, в автомобилях, на предприятиях и т.д. При отключении одной ветви остальная часть цепи работает.

Если параллельно соединены только два проводника, то

  1. Решение задач

  1. При каком соединении двух одинаковых резисторов их общее сопротивление больше: при последовательном или параллельном? Во сколько раз?

  2. Сколько электрических цепей с разными сопротивлениями можно получить, соединяя различными способами три одинаковых резистора? Нарисуйте схему этих цепей.

  3. На уроке физики Саша и Даша собрали электрическую цепь, изображенную на рисунке. Начертите в тетради схему этой электрической цепи. Дополните схему двумя амперметрами, включенными так, чтобы Саша и Даша могли измерять силу тока, проходящего через каждую лампочку.

  1. В электрической цепи напряжением U=40 В все резисторы имеют равные сопротивления R=10 Ом. Определите показания амперметра.

  1. На участке электрической цепи параллельно соединены два резистора, сопротивления которых R1=8,0 Ом и R2=2,0 Ом. Через какой резистор проходит больший ток? Во сколько раз?

  1. Закрепление знаний

  1. Почему напряжение на параллельно соединенных проводниках одинаково?

  2. Почему сопротивление участка уменьшается при параллельном соединении дополнительных проводников?

  3. Равны ли силы тока в параллельно соединенных проводниках? От чего зависят их значения?

  1. Рефлексия

  2. Домашнее задание

Карта урока

  1. Актуализация знаний (проводится в ходе опроса учащихся):

  1. Отличается ли сила электрического тока в отдельных проводниках и на всем участке цепи при последовательном соединении проводников?

  2. Как связано напряжение на всем участке последовательно соединенных проводников с напряжениями на отдельных проводниках?

  3. Как определить электрическое сопротивление участка последовательно соединенных проводников?

  4. Чему равно электрическое сопротивление участка цепи, состоящего из N одинаковых последовательно соединенных проводников?

  5. Как устроен реостат? Для чего он используется?

  1. Проблемный вопрос

Можно ли уменьшить сопротивление в цепи? Если да, как это сделать?

  1. Изучение нового материала

Следует разобрать и проанализировать электрическую цепь.

При параллельном соединении проводников они имеют по две общие точки – точки А и В. Следствием этого является то, что напряжение U между точками А и В есть напряжение на каждом из проводников, т.е.

U1=U2=U3=U

Напряжение на каждом из параллельно соединенных проводников одинаково и равно напряжению на всем участке параллельно соединенных проводников.

Движущийся направленно в цепи электрический заряд не исчезает и не возникает из ничего. Он только делится на части в точке А, с последующим объединением в точке В.

I=I1+I2+I3

Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил тока в ее ветвях (в каждом из параллельно соединенных проводниках).

Общее сопротивление разветвленного участка (участка АВ на рисунке). Учтем, что сила тока I=I1+I2+I3, а напряжение U1=U2=U3=U. Используя закон Ома, получим: , откуда

Величина, обратная сопротивлению участка параллельно соединенных проводников, равна сумме величин, обратных сопротивлению отдельных проводников.

Для любознательных

проводимостью проводника. Такое название логично. Оно подчеркивает, что если проводник имеет большое сопротивление, то у проводника малая проводимость. С учетом этого третью закономерность можно сформулировать так: проводимость разветвленного участка цепи равна сумме проводимостей ветвей.

Из формулы нахождения сопротивления при параллельном соединении проводников следует, что добавление к параллельному участку новых проводников уменьшает сопротивление R участка. Это объясняется тем, что включение параллельно дополнительного проводника не меняет длину участка электрической цепи, но увеличивает площадь поперечного сечения цепи. А сопротивление R= обратно пропорционально площади. Если соединяемые проводники одинаковые (R1=R2=…=RN), то расчет сопротивления участка упрощается: , или R=.

Рассмотрим частный случай.

Параллельное соединение позволяет подключать к источнику и отключать от него независимо друг от друга различные потребители. Именно поэтому параллельно соединены все электроприборы в наших квартирах, в автомобилях, на предприятиях и т.д. При отключении одной ветви остальная часть цепи работает.

Если параллельно соединены только два проводника, то

  1. Решение задач

  1. При каком соединении двух одинаковых резисторов их общее сопротивление больше: при последовательном или параллельном? Во сколько раз?

  2. Сколько электрических цепей с разными сопротивлениями можно получить, соединяя различными способами три одинаковых резистора? Нарисуйте схему этих цепей.

  3. На уроке физики Саша и Даша собрали электрическую цепь, изображенную на рисунке. Начертите в тетради схему этой электрической цепи. Дополните схему двумя амперметрами, включенными так, чтобы Саша и Даша могли измерять силу тока, проходящего через каждую лампочку.

  1. В электрической цепи напряжением U=40 В все резисторы имеют равные сопротивления R=10 Ом. Определите показания амперметра.

  1. На участке электрической цепи параллельно соединены два резистора, сопротивления которых R1=8,0 Ом и R2=2,0 Ом. Через какой резистор проходит больший ток? Во сколько раз?

  1. Закрепление знаний

  1. Почему напряжение на параллельно соединенных проводниках одинаково?

  2. Почему сопротивление участка уменьшается при параллельном соединении дополнительных проводников?

  3. Равны ли силы тока в параллельно соединенных проводниках? От чего зависят их значения?

  1. Рефлексия

Что такое сопротивление? | Fluke

Сопротивление — это мера сопротивления току в электрической цепи.

Сопротивление измеряется в омах и обозначается греческой буквой омега (Ом). Ом назван в честь Георга Симона Ома (1784-1854), немецкого физика, изучавшего взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Ему приписывают формулировку закона Ома.

Все материалы в некоторой степени сопротивляются току. Они попадают в одну из двух широких категорий:

  • Проводники: Материалы с очень низким сопротивлением, в которых электроны могут легко перемещаться.Примеры: серебро, медь, золото и алюминий.
  • Изоляторы: Материалы, обладающие высоким сопротивлением и ограничивающие поток электронов. Примеры: резина, бумага, стекло, дерево и пластик.
Золотая проволока служит отличным проводником.

Измерения сопротивления обычно проводятся для определения состояния компонента или цепи.

  • Чем выше сопротивление, тем меньше ток. Если он слишком высокий, одной из возможных причин (среди многих) может быть повреждение проводов из-за горения или коррозии.Все проводники выделяют определенное количество тепла, поэтому перегрев часто связан с сопротивлением.
  • Чем ниже сопротивление, тем выше ток. Возможные причины: повреждение изоляторов из-за влаги или перегрева.

Многие компоненты, такие как нагревательные элементы и резисторы, имеют фиксированное значение сопротивления. Эти значения часто печатаются на паспортных табличках компонентов или в руководствах для справки.

Когда указывается допуск, измеренное значение сопротивления должно находиться в пределах указанного диапазона сопротивления.Любое значительное изменение значения фиксированного сопротивления обычно указывает на проблему.

«Сопротивление» может звучать отрицательно, но в электричестве его можно использовать с пользой.

Примеры: Ток должен с трудом проходить через маленькие катушки тостера, достаточный для выделения тепла, которое подрумянивает хлеб. Лампы накаливания старого образца заставляют ток течь через такие тонкие нити, что возникает свет.

Невозможно измерить сопротивление в рабочей цепи. Соответственно, специалисты по поиску и устранению неисправностей часто определяют сопротивление, измеряя напряжение и ток и применяя закон Ома:

E = I x R

То есть, вольт = амперы x Ом.R в этой формуле означает сопротивление. Если сопротивление неизвестно, формулу можно преобразовать в R = E / I (Ом = вольт, разделенный на амперы).

Примеры: В цепи электрического нагревателя, как показано на двух рисунках ниже, сопротивление определяется путем измерения напряжения и тока цепи с последующим применением закона Ома.

Пример нормального сопротивления цепи Пример повышенного сопротивления цепи

В первом примере полное нормальное сопротивление цепи, известное опорное значение, составляет 60 Ом (240 ÷ 4 = 60 Ом).Сопротивление 60 Ом может помочь определить состояние цепи.

Во втором примере, если ток в цепи составляет 3 А вместо 4, сопротивление цепи увеличилось с 60 Ом до 80 Ом (240 ÷ 3 = 80 Ом). Увеличение общего сопротивления на 20 Ом может быть вызвано неплотным или грязным соединением или обрывом катушки. Секции с разомкнутой катушкой увеличивают общее сопротивление цепи, что снижает ток.

Ссылка: Принципы цифрового мультиметра Глена А. Мазура, American Technical Publishers.

Определение электрического сопротивления — Химический словарь

Что такое сопротивление?

Электрическое сопротивление — это противодействие протеканию тока в электрической цепи: сопротивление преобразует электрическую энергию в тепловую, и в этом отношении аналогично механическому трению. Считается, что сопротивления рассеивают электрическую энергию в виде тепла.


Источник сопротивления

Металлы можно рассматривать как решетку положительно заряженных ионов металлов, окруженную «морем» мобильных электронов, не связанных с каким-либо конкретным ядром металла.Эти электроны описываются как занимающие зону проводимости металла.

Когда разность потенциалов — другими словами, напряжение — прикладывается к металлу в цепи, это вызывает чистое движение электронов в зоне проводимости металла.

Движению электронов препятствует вибрация атомов в металлической решетке, из-за которой теряется часть электрической энергии электрического тока — это сопротивление. Поскольку колебания решетки увеличиваются при повышении температуры, сопротивление металлов также увеличивается при повышении температуры.

Проводники и изоляторы

Электрические проводники, например, металлы, имеют низкое сопротивление. Идеальный проводник имел бы нулевое сопротивление.

Электрические изоляторы обладают очень высоким сопротивлением. Идеальный изолятор имел бы бесконечное сопротивление: он не будет рассеивать энергию, потому что через него не может протекать ток.

Нулевое сопротивление

При очень низких температурах сопротивление некоторых металлов и материалов падает до нуля: ток течет без рассеивания электрической энергии в виде тепла.Это явление называется сверхпроводимостью.

Закон Ома

Для многих материалов электрическое сопротивление R определяется законом Ома:

R = V / I

где V — напряжение в вольтах, I — ток в амперах. Единицей измерения сопротивления является ом, символ Ω.

Например, если на устройство подается напряжение 9,0 В, а измеренный ток составляет 2,0 А, тогда значение сопротивления составляет 4,5 Ом.

Материалы, которые подчиняются закону Ома, называются омическими резисторами.Как правило, металлы являются омическими резисторами, а металлоидные полупроводники — нет.

Использование сопротивления

В реальном мире электрическое сопротивление можно использовать в потребительских устройствах, таких как чайники, электрические тостеры и погружные нагреватели, для преобразования электрической энергии в тепло.

Выходная электрическая мощность резистора определяется умножением (проходящего через него тока) на x (напряжения на нем).

P = I V

где P — мощность в ваттах, I — ток в амперах, а V — напряжение в вольтах.

Сопротивление и импеданс

Сопротивление идеального резистора не зависит от частоты электричества. Если отношение напряжения к току изменяется с частотой, то противодействие току описывается как импеданс, а не сопротивление.


Учебное пособие по физике: электрическое сопротивление

Электрон, движущийся по проводам и нагрузкам внешней цепи, встречает сопротивление. Сопротивление является препятствием для прохождения заряда.Для электрона путешествие от терминала к терминалу не является прямым маршрутом. Скорее, это зигзагообразный путь, который возникает в результате бесчисленных столкновений с неподвижными атомами в проводящем материале. Электроны сталкиваются с сопротивлением — препятствием для их движения. В то время как разность электрических потенциалов, установленная между двумя выводами , способствует перемещению заряда , а препятствует этому сопротивлению. Скорость, с которой заряд проходит от терминала к терминалу, является результатом совместного действия этих двух величин.

Переменные, влияющие на электрическое сопротивление

Поток заряда по проводам часто сравнивают с потоком воды по трубам. Сопротивление потоку заряда в электрической цепи аналогично эффектам трения между водой и поверхностями трубы, а также сопротивлению, создаваемому препятствиями на пути. Именно это сопротивление препятствует потоку воды и снижает как ее расход, так и скорость ее дрейфа .Подобно сопротивлению потоку воды, общее сопротивление потоку заряда в проводе электрической цепи зависит от некоторых четко идентифицируемых переменных.

Во-первых, общая длина проводов влияет на величину сопротивления. Чем длиннее провод, тем большее сопротивление будет. Существует прямая зависимость между величиной сопротивления, с которым сталкивается заряд, и длиной провода, который он должен пройти. В конце концов, если сопротивление возникает в результате столкновений между носителями заряда и атомами провода, то, вероятно, столкновений будет больше в более длинном проводе.Больше столкновений означает большее сопротивление.

Во-вторых, на величину сопротивления влияет площадь поперечного сечения проводов. Более широкие провода имеют большую площадь поперечного сечения. Вода будет течь по более широкой трубе с большей скоростью, чем по узкой. Это можно объяснить меньшим сопротивлением, которое присутствует в более широкой трубе. Таким же образом, чем шире провод, тем меньше будет сопротивление прохождению электрического заряда. Когда все другие переменные одинаковы, заряд будет течь с большей скоростью через более широкие провода с большей площадью поперечного сечения, чем через более тонкие провода.

Третья переменная, которая, как известно, влияет на сопротивление потоку заряда, — это материал, из которого сделан провод. Не все материалы одинаковы с точки зрения их проводящей способности. Некоторые материалы являются лучшими проводниками, чем другие, и обладают меньшим сопротивлением потоку заряда. Серебро — один из лучших проводников, но никогда не используется в проводах бытовых цепей из-за своей стоимости. Медь и алюминий являются одними из наименее дорогих материалов с подходящей проводящей способностью, позволяющей использовать их в проводах бытовых цепей.На проводящую способность материала часто указывает его удельное сопротивление . Удельное сопротивление материала зависит от электронной структуры материала и его температуры. Для большинства (но не для всех) материалов удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры. В таблице ниже приведены значения удельного сопротивления для различных материалов при температуре 20 градусов Цельсия.

Материал

Удельное сопротивление (Ом • метр)

Серебро

1.59 х 10 -8

Медь

1,7 х 10 -8

Золото

2,2 х 10 -8

Алюминий

2,8 х 10 -8

Вольфрам

5.6 х 10 -8

Утюг

10 х 10 -8

Платина

11 х 10 -8

Свинец

22 х 10 -8

Нихром

150 х 10 -8

Углерод

3.5 х 10 -5

Полистирол

10 7 -10 11

Полиэтилен

10 8 — 10 9

Стекло

10 10 — 10 14

Твердая резина

10 13

Как видно из таблицы, существует широкий диапазон значений удельного сопротивления для различных материалов.Материалы с более низким сопротивлением обладают меньшим сопротивлением потоку заряда; они лучшие дирижеры. Материалы, показанные в последних четырех строках вышеприведенной таблицы, обладают таким высоким удельным сопротивлением, что их даже нельзя рассматривать как проводники.

Посмотрите! Используйте виджет Resistivity of a Material , чтобы найти удельное сопротивление данного материала. Введите название материала и нажмите кнопку Submit , чтобы узнать его удельное сопротивление.

Математическая природа сопротивления

Сопротивление — это числовая величина, которую можно измерить и выразить математически. Стандартной метрической единицей измерения сопротивления является ом, представленный греческой буквой омега -. Электрическое устройство с сопротивлением 5 Ом будет представлено как R = 5 . Уравнение, представляющее зависимость сопротивления ( R ) проводника цилиндрической формы (например,, провод) от влияющих на него переменных равно

, где L представляет длину провода (в метрах), A представляет площадь поперечного сечения провода (в метрах 2 ) и представляет удельное сопротивление материала (в Ом • метр). В соответствии с обсуждением выше, это уравнение показывает, что сопротивление провода прямо пропорционально длине провода и обратно пропорционально площади поперечного сечения провода.Как показывает уравнение, знание длины, площади поперечного сечения и материала, из которого сделан провод (и, следовательно, его удельного сопротивления), позволяет определить сопротивление провода.

Расследовать!

Резисторы — один из наиболее распространенных компонентов электрических цепей. На большинстве резисторов нанесены цветные полосы или полосы. Цвета отображают информацию о значении сопротивления.Возможно, вы работаете в лаборатории и вам нужно знать сопротивление резистора, используемого в лаборатории. Используйте виджет ниже, чтобы определить значение сопротивления по цветным полосам.

Проверьте свое понимание

1. В бытовых цепях часто используются провода двух разной ширины: 12-го и 14-го калибра. Проволока 12-го калибра имеет диаметр 1/12 дюйма, а проволока 14-го калибра — 1/14 дюйма.Таким образом, провод 12-го калибра имеет более широкое сечение, чем провод 14-го калибра. Цепь на 20 А, используемая для настенных розеток, должна быть подключена с использованием провода 12-го калибра, а цепь на 15 А, используемая для цепей освещения и вентиляторов, должна быть подключена с помощью провода 14-го калибра. Объясните физику, лежащую в основе такого электрического кода.


2. Основываясь на информации, изложенной в предыдущем вопросе, объясните риск, связанный с использованием провода 14-го калибра в цепи, которая будет использоваться для питания 16-амперной пилы.


3. Определите сопротивление медного провода 12 калибра длиной 1 милю. Дано: 1 миля = 1609 метров и диаметр = 0,2117 см.


4. Два провода — A и B — круглого сечения, имеют одинаковую длину и изготовлены из одного материала. Тем не менее, сопротивление провода A в четыре раза больше, чем у провода B.Во сколько раз диаметр проволоки B больше диаметра проволоки A?

Что такое сопротивление — Основные понятия »Электроника

Электрическое сопротивление является одним из ключевых атрибутов электрической цепи — оно определяет ток, протекающий при заданном напряжении.


Resistance Tutorial:
Что такое сопротивление Закон Ома Омические и неомические проводники Сопротивление лампы накаливания Удельное сопротивление Таблица удельного сопротивления для распространенных материалов Температурный коэффициент сопротивления Электрическая проводимость Последовательные и параллельные резисторы Таблица параллельных резисторов


Есть три основных измерения, которые могут быть выполнены в электрической цепи.Первые два — напряжение и ток, а третье — сопротивление.

Поскольку электрическое сопротивление является основным понятием в электрических и электронных цепях, необходимо ответить на несколько вопросов: что такое сопротивление, что такое резисторы и как сопротивление влияет на цепи.

Подборка резисторов с постоянными выводами

Что такое сопротивление?

Прежде чем посмотреть, что такое сопротивление, необходимо немного понять, что такое ток и что это такое. По сути, ток в материале состоит из движения электронов в одном направлении.Во многих материалах есть свободные электроны, беспорядочно перемещающиеся внутри структуры. Хотя они перемещаются случайным образом, текущего потока нет, потому что число, движущееся в одном направлении, будет равно количеству, движущемуся в другом. Только когда потенциал вызывает дрейф в определенном направлении, можно сказать, что ток течет.

Что такое сопротивление

Сопротивление — это препятствие для потока электронов в материале. В то время как разность потенциалов в проводнике способствует потоку электронов, сопротивление препятствует этому.Скорость прохождения заряда между двумя терминалами является комбинацией этих двух факторов.

Если в цепь помещены два разных проводника, то величина тока, протекающего в каждом из них, может быть разной. На это есть ряд причин:

  1. Во-первых, это легкость, с которой электроны могут перемещаться внутри структуры материала. Если электроны прочно связаны с кристаллической решеткой, их будет нелегко вытащить, чтобы электроны могли дрейфовать в определенном направлении.В других материалах очень много свободных электронов, беспорядочно дрейфующих по решетке. Именно эти материалы позволяют легче течь току.
  2. Еще одним фактором, влияющим на электрическое сопротивление предмета, является его длина. Чем короче материал, тем ниже его общее сопротивление.
  3. Третье — это площадь поперечного сечения. Чем шире площадь поперечного сечения, тем меньше сопротивление, так как больше площади, через которую может протекать ток.

В большинстве случаев требуется, чтобы проводники пропускали ток с минимально возможным сопротивлением.В результате медь получила широкое распространение, поскольку в ее структуре легко протекает ток. Кроме того, его площадь поперечного сечения сделана достаточно широкой, чтобы пропускать ток без чрезмерного сопротивления.

В некоторых случаях необходимы элементы, препятствующие прохождению тока. Эти элементы называются резисторами, и они сделаны из материалов, которые не проводят электричество, а также из таких материалов, как медь или другие металлы.

Аналогия сопротивления

Понятие сопротивления не всегда легко понять, потому что невозможно визуально увидеть задействованные величины: напряжение, ток и сопротивление сами по себе являются довольно невидимыми величинами для невооруженного глаза, хотя их можно обнаружить и измерить различными способами. способами.

Одна аналогия, которая помогает представить понятие сопротивления, — это резервуар для воды с трубой, ведущей от него вниз. Хотя мы не хотим заходить слишком далеко в этой аналогии, она помогает объяснить основную концепцию.

Аналогия с резервуаром для воды и трубой для иллюстрации концепции сопротивления

В этой аналогии создаваемое давление воды, но высота воды аналогична напряжению, поток воды аналогичен току, а ограничение воды поток, вызываемый трубой, аналогичен сопротивлению.

Добавление крана уменьшает поток воды, и это аналогично увеличению сопротивления.

Видно, что если труба была сужена или добавлен кран, поток воды будет еще больше ограничен, и будет течь меньше воды. Это было бы аналогично увеличению сопротивления в электрической цепи, и это уменьшило бы ток.

Простая схема, показывающая напряжение и сопротивление

В простой схеме, состоящей из батареи или источника напряжения и резистора, если предположить, что соединительные провода не имеют сопротивления, то чем выше сопротивление, тем меньше будет протекать ток.

Кран в аналоге водяной системы соответствует изменению сопротивления резистора. Когда ответвление выключено, это эквивалентно выключению любого тока, протекающего в электрическую цепь.

Соотношение между сопротивлением, напряжением и током

По аналогии с системой резервуаров для воды можно представить, что увеличение напряжения в электрической цепи увеличивает уровень протекающего тока.

Аналогичным образом уменьшение сопротивления также увеличивает уровень тока.

На самом деле существует взаимосвязь между напряжением, сопротивлением и током. Зная две переменные, можно вычислить третью.

Связь между сопротивлением, напряжением и током известна как закон Ома и является одним из фундаментальных соотношений в электротехнике и электронике.


Обозначение сопротивления

Как уже упоминалось, основной единицей электрического сопротивления является Ом. Это часто обозначается греческим символом Ω.

В дополнение к этому к базовой единице можно добавить множители. Это связано с тем, что диапазон значений электрического сопротивления может охватывать многие десятилетия, и необходимо иметь простую запись, которая не полагается на подсчет количества нулей в числе, поскольку это легко может привести к ошибкам.

Множитель Значение Имя
R шт. Ом, Ом
к тыс. кОм, кОм
M миллионов МОм, МОм

Иногда встречаются сопротивления менее одного ома, они измеряются в миллиомах (м) тысячных долях ома.

Обычно, когда сопротивления указываются на электронной схеме, они обозначаются как 10R для резистора на десять Ом, 10 кОм для резистора на десять тысяч Ом и 10 МОм для резистора на десять МОм. Причина этого в том, что греческая буква омега не так проста в использовании, как префиксы R, k и M.

Что такое резисторы?

Для ограничения тока в конкретной цепи может использоваться компонент, известный как резистор. Резисторы бывают самых разных форм: от крупных проводных компонентов или даже с использованием клемм до очень маленьких компонентов для поверхностного монтажа, используемых сегодня во многих электронных схемах.

Резисторы

могут быть изготовлены из различных материалов, включая углерод, оксид металла, металлическую пленку, резистивный провод и тому подобное. Резисторы могут быть разных форматов — разные типы резисторов имеют немного разные характеристики, и это означает, что они могут использоваться в разных схемах.

Выбор правильного типа резистора может помочь схеме работать так, как она задумана. Хотя резистор с сопротивлением 10 кОм будет иметь одинаковое сопротивление независимо от того, из чего он сделан, такие характеристики, как температурная стабильность, шум, долговременная стабильность, паразитная индуктивность и тому подобное, могут быть разными для разных типов, и это может повлиять на производительность в некоторых схемах. .

Примечание по резисторам и типам резисторов:
Резисторы

используются в электрических и электронных схемах для различных целей, но в каждом случае они препятствуют прохождению тока. Существует много различных типов резисторов — их параметры означают, что некоторые типы более подходят для конкретных приложений, чем другие.

Подробнее о Резисторы и типы резисторов

Сводка сопротивления

При работе с любыми электрическими и электронными цепями необходимо знать, что такое сопротивление и как сопротивление влияет на цепь.Ввиду важности сопротивления в схемах широко используются резисторы, возможно, наиболее часто используемые компоненты в электронных схемах. Эти компоненты очень просты в использовании, и связанные с ними вычисления обычно просты.

Другие основные концепции электроники:
Напряжение Текущий Мощность Сопротивление Емкость Индуктивность Трансформеры Децибел, дБ Законы Кирхгофа Q, добротность Радиочастотный шум
Вернуться в меню «Основные понятия электроники».. .

— Электрическое сопротивление

Сопротивление — это противодействие протеканию тока — оно похоже на «электрическое трение» между движением. электроны (ток) и молекулы в материале, через который протекает ток. Сопротивление зависит от температуры. С повышением температуры растет и сопротивление. Это потому, что молекулы в материал становится более возбужденным и больше мешает потоку электронов. Мы можем создавать сверхпроводники или материалы, которые практически не препятствуют току, охлаждая их. до температур, близких к абсолютному нулю.Эта температура для материала называется критической температурой . Ниже критической температуры сопротивление падает очень внезапно.

Что вызывает сопротивление? Когда электроны движутся по проводнику, они сталкиваются с атомами в проводнике, и это влияет на их движение. Различные атомы (проводящие материалы) вызывают потерю разного количества энергии. Чем больше столкновений, тем тяжелее электроны двигаться по проводнику. Это означает большее сопротивление.В некоторых случаях, например, в тостерах, лампочках и электрических нагревателях желательно сопротивление. Однако сопротивление проводов в цепях и линиях электропередач плохое, и его следует минимизировать.

Немецкий физик по имени Георг Ом наблюдал взаимосвязь между напряжением и током в цепи. Он обнаружили, что если температура поддерживалась постоянной, отношение напряжения к току также оставалось постоянным. Эта связь стала известна как закон Ома.

График тока, приложенного к омический материал

  • Омические материалы имеют постоянное сопротивление в диапазоне потенциальные различия.
  • Неомические материалы противоречат закону Ома — они используются в таких компонентах, как как диоды для управления направлением электрического тока в цепях.

Сопротивление измеряется в омах ( Вт, ). Резистор — это электронный компонент, который разработан специально для Преимущество этих отношений. Сопротивление — это мера материала способность пропускать поток электронов. Мы используем греческую букву r (ро) для обозначения удельного сопротивления, и ее можно найти для различных материалов.Обычно:

R = rL / A

Где R — сопротивление в Ом, r — удельное сопротивление, L — длина проводник, A — площадь поперечного сечения проводника.

  • Если проводник имеет большую длину, больше сопротивление.
  • Если проводник имеет меньшую площадь поперечного сечения, значит больше сопротивление.

Резистор представляет собой специальный компонент, помещенный в электрическую цепь. для контроля протекания тока в системе.Возвращаясь к нашей аналогии с системой водяных трубопроводов, это эквивалентно размещению дроссельной заслонки в водопроводной трубе, чтобы контролировать количество проходящей воды. через.

Некоторые образцы Проблем:

1.) Если у вас есть цепь 20 В с током 0,7 А, какой сопротивление?

А) R = I / V = ​​20 В / 0,7 А = 28,57 Вт

2.) Если у вас есть алюминиевый провод длиной 4 м и радиусом 2 мм, какой сопротивление?

A) r Алюминий = 2,65×10 -8 W м
R = rL / A 2.65X10 -8 Вт м x 4 м / 0,002 м 2 = 8,84×10 -3 Вт

Для дальнейшего изучения посетите следующие веб-сайты:

Некоторые советы по кодированию и интересные факты о резисторах по адресу: http://www.williamson-labs.com/resistors.htm

Действительно классная симуляция резистора с цветом кодировка:

http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/resistor/index.html

Подробнее о законе Ома, некоторые примеры задач и смоделированные эксперимент по адресу: http: // www.Physics.uoguelph.ca/tutorials/ohm/Q.ohm.intro.html

Для практических задач попробуйте: Giancoli Multiple Choice Practice Questions (Продолжайте — попробуйте несколько.)

Факты об электрическом сопротивлении для детей


Электрическое сопротивление электрического проводника является мерой трудности прохождения электрический ток через вещество. Он объясняет взаимосвязь между напряжением (величиной электрического давления) и током (потоком электричества).Чем больше сопротивление в цепи, тем меньше электричества будет проходить через цепь. Сопротивление, обратное сопротивлению, — это проводимость, а эта мера мало используется. Сопротивлением обладают все объекты, кроме сверхпроводников.

Сопротивление, обнаруженное Георгом Симоном Омом в 1827 году, представляет собой соотношение между напряжением и током. Закон Ома гласил, что напряжение между любыми двумя точками проводника изменяется напрямую, как ток между двумя точками, при условии, что температура остается неизменной. Он описал это уравнением:

, который моделирует соотношение, где:

— сопротивление объекта, измеренное в Ом (Ом)
— напряжение на объекте, измеренное в вольтах (В)
— ток, протекающий через объект, измеряется в амперах (А)

Расчет сопротивления

Длинный и тонкий провод имеет большее сопротивление, чем короткий и толстый.Простая аналогия — это дорога: чем больше полос, тем больше машин может проехать. Следовательно, сопротивление R провода постоянной ширины можно рассчитать как:

где — длина проводника, измеренная в метрах [м], — это площадь поперечного сечения проводника, измеренная в квадратных метрах [м²], а ρ (греч .: rho) — удельное электрическое сопротивление (также называемое удельным сопротивлением . электрическое сопротивление ) материала, измеренное в ом-метрах (Ом · м).

Пример. Рассчитайте сопротивление медного провода радиусом 2 мм и длиной 5 метров.

Решение:

Удельное сопротивление () меди составляет Ом · м.
Площадь поперечного сечения () квадратных метров
Длина () метров

Потому что:

Приложения

Резисторы используются в электрических цепях для обеспечения электрического сопротивления.

Картинки для детей

  • Резистор 75 Ом, что определяется его электронным цветовым кодом (фиолетовый – зеленый – черный – золотой – красный).Для проверки этого значения можно использовать омметр.

  • Кусок резистивного материала с электрическими контактами на обоих концах.

  • Пропускание тока через материал с сопротивлением создает тепло, что называется джоулевым нагревом. На этом снимке патронный нагреватель, нагретый джоулевым нагревом, раскален докрасна.

Электрическое сопротивление — Энциклопедия Нового Света

9014 9014 9014 9014 Магнитостатика 9014
Электромагнетизм
Электричество · Магнетизм
4
Магнитный поток
Закон Био-Савара
Магнитный дипольный момент

Электродинамика

9014 901 Электродинамическая сила 901 901 901 904 9014 901 Электроток El
(EM) Электромагнитная индукция
Закон Фарадея-Ленца
Ток смещения
Уравнения Максвелла
(EMF) Электромагнитное поле
Электромагнитное излучение

Тензоры в теории относительности

9030 9030 объекта (или материала) — это мера того, в какой степени объект противодействует электрическому току, проходящему через него.Обнаруженное Георгом Омом в 1827 году, электрическое сопротивление [1] имеет некоторые концептуальные параллели с механическим понятием трения. Единицей измерения электрического сопротивления в системе СИ является ом, обозначаемый как Ω. Обратная величина электрического сопротивления составляет , электрическая проводимость , измеренная в Сименсах.

Сопротивление объекта определяет количество тока, протекающего через объект, для заданной разности потенциалов (напряжения) на объекте. Таким образом, электрическое сопротивление равно отношению напряжения к электрическому току.Для самых разных материалов и условий электрическое сопротивление не зависит от величины тока, проходящего через объект, или величины напряжения на объекте. Другими словами, сопротивление R постоянно для данного материала.

Резистор 750 кОм, что определяется его электронным цветовым кодом. Для проверки этого значения можно использовать омметр.

Закон Ома

Математическое уравнение закона Ома можно записать как:

R = VI {\ displaystyle R = {\ frac {V} {I}}}

, где

R — сопротивление объекта, измеренное в Ом, эквивалентно Дж с / C 2
В — разность потенциалов на объекте, измеренная в вольтах.
I — ток, протекающий через объект. , измеряется в амперах

Отношение напряжения к электрическому току также называется хордальным сопротивлением.

Сопротивление проводника

Сопротивление постоянному току

Пока плотность тока полностью однородна, сопротивление постоянному току R проводника постоянного поперечного сечения можно вычислить как

R = ℓ⋅ρA {\ displaystyle R = {\ ell \ cdot \ rho \ over A} \,}

, где

— длина проводника, измеренная в метрах
A — площадь поперечного сечения , измеряется в квадратных метрах
ρ (греч. rho) — удельное электрическое сопротивление (также называемое удельным электрическим сопротивлением ) материала, измеряемое в Ом • м.Удельное сопротивление — это мера способности материала противостоять электрическому току.

По практическим соображениям почти любое подключение к реальному проводнику почти наверняка будет означать, что плотность тока не является полностью однородной. Однако эта формула по-прежнему дает хорошее приближение для длинных тонких проводников, таких как провода.

Сопротивление переменному току

Если провод проводит высокочастотный переменный ток, то эффективная площадь поперечного сечения провода уменьшается из-за скин-эффекта.Это приводит к увеличению сопротивления провода со скоростью 10 дБ / декаду для радиуса провода, намного превышающего глубину скин-слоя.

В проводнике, расположенном рядом с другими, фактическое сопротивление выше, чем предсказанное скин-эффектом из-за эффекта близости.

Причины сопротивления

В металлах

Металл состоит из решетки атомов, каждый из которых имеет оболочку из электронов. Это также можно назвать решеткой положительных ионов. Внешние электроны могут отделяться от своих родительских атомов и путешествовать по решетке, создавая «море» электронов, делая металл проводником.Когда к металлу прикладывается разность электрических потенциалов (напряжение), электроны дрейфуют от одного конца проводника к другому под действием электрического поля.

Вблизи комнатной температуры тепловое движение ионов является основным источником рассеяния электронов (из-за деструктивной интерференции волны свободных электронов на некоррелирующие потенциалы ионов) и, таким образом, является основной причиной сопротивления металла. Дефекты решетки также вносят свой вклад в сопротивление, хотя их вклад в чистых металлах незначителен.

Чем больше площадь поперечного сечения проводника, тем больше электронов может переносить ток, поэтому тем ниже сопротивление. Чем длиннее проводник, тем больше случаев рассеяния происходит на пути каждого электрона через материал, поэтому тем выше сопротивление. Различные материалы также влияют на сопротивление. [2]

В полупроводниках и изоляторах

В металлах уровень Ферми находится в зоне проводимости (см. Теорию зон ниже), что приводит к появлению свободных электронов проводимости.Однако в полупроводниках положение уровня Ферми находится внутри запрещенной зоны, примерно на полпути между минимумом зоны проводимости и максимумом валентной зоны для собственных (нелегированных) полупроводников. Это означает, что при 0 Кельвина нет свободных электронов проводимости и сопротивление бесконечно. Однако сопротивление будет продолжать уменьшаться по мере увеличения плотности носителей заряда в зоне проводимости. В примесных (легированных) полупроводниках атомы примеси увеличивают концентрацию основных носителей заряда, отдавая электроны в зону проводимости или принимая дырки в валентной зоне.Для обоих типов донорных и акцепторных атомов увеличение плотности примеси приводит к снижению сопротивления. Следовательно, высоколегированные полупроводники ведут себя как металлические. При очень высоких температурах вклад термически генерируемых носителей будет преобладать над вкладом атомов примеси, и сопротивление будет экспоненциально уменьшаться с температурой.

В ионных жидкостях / электролитах

В электролитах электрическая проводимость осуществляется не зонными электронами или дырками, а движущимися целыми атомными частицами (ионами), каждый из которых несет электрический заряд. {16}}

Электромагнитный тензор
Электромагнитный тензор энергии напряжения
9029 Сверхпроводники Упрощенная теория зон

Квантовая механика утверждает, что энергия электрона в атоме не может быть произвольной величиной.Скорее, существуют фиксированные уровни энергии, которые могут занимать электроны, и значения между этими уровнями невозможны. Уровни энергии сгруппированы в две зоны: валентная зона и зона проводимости (последняя обычно выше первой). Электроны в зоне проводимости могут свободно перемещаться по веществу в присутствии электрического поля.

В изоляторах и полупроводниках атомы вещества влияют друг на друга, так что между валентной зоной и зоной проводимости существует запрещенная зона энергетических уровней, которую электроны не могут занять.Для протекания тока электрону необходимо передать относительно большое количество энергии, чтобы он перепрыгнул через эту запрещенную щель и попал в зону проводимости. Таким образом, даже большие напряжения могут давать относительно небольшие токи.

Дифференциальное сопротивление

Когда сопротивление может зависеть от напряжения и тока, дифференциальное сопротивление , инкрементное сопротивление или сопротивление наклона определяется как наклон графика VI в определенной точке, таким образом:

R = dVdI {\ displaystyle R = {\ frac {\ mathrm {d} V} {\ mathrm {d} I}} \,}

Эту величину иногда называют просто , сопротивление , хотя эти два определения эквивалентны только для омического компонента, такого как идеальный резистор.Например, диод — это элемент схемы, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения или тока.

Если график V-I не является монотонным (т. Е. Имеет пик или впадину), дифференциальное сопротивление будет отрицательным для некоторых значений напряжения и тока. Это свойство часто называют отрицательным сопротивлением , , хотя правильнее его называть отрицательным дифференциальным сопротивлением , поскольку абсолютное сопротивление В, /, по-прежнему является положительным.Примером такого элемента является туннельный диод.

Температурная зависимость

Вблизи комнатной температуры электрическое сопротивление типичного металла изменяется линейно с температурой. При более низких температурах (ниже температуры Дебая) сопротивление уменьшается как T 5 из-за рассеяния электронов на фононах. При еще более низких температурах доминирующим механизмом рассеяния электронов являются другие электроны, и сопротивление уменьшается как T 2 . {- aT} \,}

Extrinsic (легированные) полупроводники имеют гораздо более сложный температурный профиль.При повышении температуры, начиная с абсолютного нуля, их сопротивление сначала резко уменьшается, поскольку носители покидают доноры или акцепторы. После того, как большинство доноров или акцепторов потеряли своих носителей, сопротивление снова начинает немного увеличиваться из-за уменьшения подвижности носителей (как в металле). При более высоких температурах он будет вести себя как собственные полупроводники, поскольку носители от доноров / акцепторов становятся незначительными по сравнению с носителями, генерируемыми термически.

Электрическое сопротивление электролитов и изоляторов сильно нелинейно и зависит от конкретного случая, поэтому обобщенные уравнения не приводятся.

Измерение сопротивления

Прибор для измерения сопротивления называется измерителем сопротивления или омметром. Простые омметры не могут точно измерять низкие сопротивления, потому что сопротивление их измерительных проводов вызывает падение напряжения, которое мешает измерению, поэтому более точные устройства используют четырехконтактное измерение.

См. Также

Примечания

  1. ↑ Science Timeline (Ом обнаруживает сопротивление, и, следовательно, закон Ома, в 1827 г.) Получено 19 октября 2008 г.
  2. ↑ Суреш В. Веттор (сентябрь 2003 г.), Электропроводность и сверхпроводимость Резонанс , стр. 41-48. Проверено 25 октября 2008 г.
  3. ↑ A. Matthiessen (1862), Rep. Brit. Асс , 32: 144.
  4. ↑ A. Matthiessen (1864), Progg. Аналлен , 122: 47.

Список литературы

  • Джанколи, Дуглас. 2007. Физика для ученых и инженеров, с современной физикой (главы 1-37), 4-е изд. Освоение серии физики.Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Prentice Hall. ISBN 978-0136139263
  • Гибилиско, Стэн. 2005. Демистификация электричества. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN 0071439250
  • Типлер, Пол Аллен и Джин Моска. 2004. Физика для ученых и инженеров, Том 2: Электричество и магнетизм, Свет, Современная физика , 5-е изд. Нью-Йорк: W.H. Фримен. ISBN 0716708108
  • Янг, Хью Д. и Роджер А. Фридман. 2003. Физика для ученых и инженеров, , 11-е издание.Сан-Франциско: Пирсон. ISBN 080538684X

Внешние ссылки

Все ссылки получены 18 сентября 2017 г.

Кредиты

New World Encyclopedia Авторы и редакторы переписали и завершили статью Wikipedia в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников Энциклопедии Нового Света, участников, так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа.Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних вкладов википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в Энциклопедию Нового Света :

Примечание.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *